Електрошлакове зварювання

Електрошлаковим зварюванням називають спосіб бездугового електричного зварювання під шаром розплавлених флюсів.

У процесі електрошлакового зварювання метали виробів і електродів розплавляють теплотою, яка виділяється під час проходження електрич­ного струму через розплавлені флюси.

Флюси, які використовують при зварюванні, мають бути електропро­відними. Вони повинні мати вищу температуру плавлення, ніж метали виробів і електродів.

Для зварювання використовують плавкі електроди без покриття, їх кількість залежить від товщини виробів.

У простір між краями вертикально встановлених деталей 6 (рис. 84), початковою планкою 9 і шлакоутримувальними мідними повзунами 7 подають флюси і один, що кріпиться в електродотримачі 5, як показано на рис. 84, або кілька електродних дротів 4.

Процес зварювання починається із запалення дуги між електродним дро­том 4 і початковою планкою 9. Після розплавлений флюсів і утворення достатньої кількості розплаву З електродний дріт опускають у розплав І горіння дуги припиняється. Проте струм продовжує протікати через розплав, і теплота, яка виділяється в ньому, витрачається на подальше плавлення флюсів, країв зварюваних виробів та електродного дроту. Елек­троди плавляться в розплаві флюсів та краплями стікають до зварювальної ванни 2. Метал з електродів під час проходження через флюси очищається від домішок (сірки, неметалевих вклю­чень, газів тощо), тобто рафінується. Отриманий шов має добрі механічні властивості. Вони майже не відрізня­ються від властивостей металів зварю­ваних виробів.

Шов 8 формується між двома мідними повзунами 7 які охолоджуються водою, що протікає по трубах 1. Електродний дріт до зони зварювання подається автоматично. Так само автоматично переміщу­ються повзуни вздовж шва після кристалізації розплавленого металу.

Цим способом можна зварювати вироби товщиною 50-3000 мм. Для з'єднання виробів товщиною до 150 мм використовують один електрод, за більшої товщини - кілька. Діаметр електродного дроту - 2-3 мм, сила струму - 750-1000 А.

Електрошлакове зварювання використовують для виготовлення великих конструкцій - вузлів вальцівень, казанів високого тиску, деталей потужних пресів і верстатів, роторів і валів гідротурбін тощо.

Електрошлакове зварювання порівняно з автоматичним під шаром флюсів має ряд переваг: більшу продуктивність, меншу собівартість 1 м зварного шва, поліпшену мікроструктуру шва. Збільшення продуктивності зумовлене безперервністю процесу зварювання, виконанням шва за одне проходження в разі різної товщини зварюваних виробів і збільшенням сили струму в 1,5-2 рази. Мікроструктура та властивості шва поліпшуються за рахунок однопрохідності, в разі якої на відміну від багатопрохідності відсутня багатошаровість. Собівартість виготовлення з'єднання зменшується за рахунок збільшення продуктивності зварюван­ня, зменшення витрат електродного дроту, флюсів та електроенергії,

Електрошлакове зварювання має також недоліки, до яких належать крупнокристалітність структури шва та зони, яка прилягає до нього, внас­лідок повільного нагрівання й охолодження. Саме тому після зварювання вироби відпалюють для зменшення розмірів кристалів у зварному шві.

На початку XX ст. газове зварювання було найпоширенішим у процесі виготовлення нерозбірних з'єднань. Тепер газове зварювання використовують в основному під час ремонтних робіт, а також там, де відсутні джерела електричного -струму. Газовим зварюванням називають спосіб утворення нерозбірного з'єднання двох виробів, місця з'єднання яких розплавляють тепло­тою, яка виділяється під час горіння газу в атмосфері кисню.

Для виготовлення з'єднань газовим зварюванням потрібно мати горючий газ, кисень, пальник для утворення полум'я та присадний дріт.

У процесі газового зварювання (рис. 85,а) полум'ям 4, яке отримують за допомогою мундштука 3, нагрівають краї виробів 1, розплавляють їх, а зазор між ними заповнюється розплавом присадного дроту 2, який спеціально вводять у полум'я.

1. Горючі гази та кисень. При газовому зварюванні використовують природний газ, водень, пропан, аце­тилен тощо. Найчастіше використо­вується ацетилен (С₂Н₂), під час згоряння якого виділяється найбільше теплоти. До місця проведення зварних робіт ацетилен подають у балонах, пофарбованих набіло, або беруть безпосередньо від газогенератора, в якому його отримують у процесі взаємодії води з карбідом кальцію:

У процесі взаємодії 1 кг карбіду кальцію з водою виділяється 250-300 л ацетилену.

Ацетилен легший за повітря, без кольору, має ефірний запах, добре розчиняється в ацетоні. В одному об'ємі ацетону розчиняється 23 об'єми ацетилену. Цю властивість ацетилену використовують для зберігання його в балонах. Ацетиленові балони заповнюють пористою масою (активованим вугіллям), просоченою ацетоном. Це необхідно для збіль­шення вмісту ацетилену в балоні та запобігання вибуху. Тиск ацетилену в балоні дорівнює 1,5 МПа. Щоб випустити ацетилен з бало­ну, відкривають вентиль редуктора; при цьому тиск газу в балоні знижується і ацетилен виділяється з розчинника.

Кисень необхідний для згоряння ацетилену та утворення полум'я. При виконанні зварювальних робіт використовують технічно чистий кисень. До місця проведення зварювальних робіт кисень доставляють в балонах під тиском 15 МПа. У 40-літровому балоні за тиску 15 МПа вміщується близько 6000 л кисню. Кисень - вибухонебезпечний газ. Забруднення балона, в якому зберігається кисень, і особливо його вен­тиля, мастилами, які самозаймаються, неприпустимо. Балони з киснем не можна ставити біля відкритого вогню. Балони фарбують у голубий колір. Для зниження тиску кисень від балона проходить через редуктор, а потім шлангом надходить до пальника.

2. Газові пальники. Для утворення горючої суміші, яка складається з кисню та горючого газу, і стійкого полум'я використовують газові пальники. За принципом дії пальники бувають Інжекторні (всмоктувальні) - низького тиску та безінжекторні - високого або середнього тиску. На виробництві найчастіше використовують інжекторні пальники, оскільки вони безпечніші в роботі І працюють за низького та середнього тиску ацетилену.

До інжекторного пальника {рис. 86) ацетилен надходить шлангом під тиском 0,01-0,02 МПа, а кисень - під тиском 0,1-0,4 МПа. Трубкою 6 кисень надходить до сопла інжектора 4. Виходячи із сопла, струмінь кисню створює значне розрідження та засмоктує ацетилен 5 у камеру змішування 3, звідки утворена суміш газів через наконечник 2 І мундштук 1 виштовхується в атмосферу. На виході її запалюють і утворюється полум'я.

Швидкість витікання горючої суміші газів з пальника має переви­щувати швидкість її згоряння для того, щоб полум'я не проникало всередину пальника.

Безінжекторні пальники мають змінні наконечники з різними діаметрами вихідних отворів Інжектора та мундштука, що дає можливість регулювати потужність зварювального полум'я.

У процесі зварювання пальник переміщують уздовж шва; при цьому дотримуються потрібного кута нахилення мундштука до поверхні зварюваних виробів. Чим більшу товщину мають зварювані вироби, тим більший кут нахилення. Для зварювання листів товщиною 1 мм кут нахилення мундштука становить 20°. Якщо товщина листів перевищує 15 мм, кут нахилення досягає 80°.

3. Присадний дріт. Для утворення шва в процесі газового зварю­вання використовують присадний дріт, як і в процесі електродугового зварювання неплавкими електродами.

Присадний дріт вводять у полум'я, він розплавляється і стікає у зварювальну ванну, де змішується з розплавленим металом виробів. Після кристалізації й охолодження утворюється зварний шов.

4. Полум'я. Ацетиленокисневе полум'я складається з трьох основних зон (рис. 85,6): ядра 1, зони зварювання 2 та факела 3, Основною є зона зварювання, в якій ацетилен згоряє за рахунок кисню, який входить до складу газової суміші. Температура в зоні зварювання найвища (3150°С). У разі повного згоряння ацетилену утворюється вуглекислий газ та водяна пара.

Залежно від співвідношення кисню та ацетилену в горючій суміші, яка виходить з пальника, розрізняють три основних види полум'я: нормальне (відновне), окислювальне (з надвишком кисню), навуглецьо-вувальне (з надвишком ацетилену).

У більшості випадків у процесі газового зварювання використовують нормальне полум'я, яке утворюється за такого співвідношення кисню і ацетилену: (1,1-1,2) до 1. Його використовують для зварювання виробів зі сталі.

Навуглецьовувальне полум'я використовують у процесі зварювання виробів із чавуну, оскільки за рахунок вуглецю полум'я поповнюється вміст вуглецю в шві, який вигорів у процесі плавлення країв зварюваних виробів.

Окиснювальне полум'я використовують в процесі зварювання виробів, виготовлених із латуні. Це зумовлено тим, що надвишок кисню утворює з цинком трудноплавкі оксиди, які захищають зварювальну ванну від подальшої взаємодії з киснем і випаровування.

Наявність у полум'ї оксиду вуглецю (СО) та водню (Н₂) частково захищає розплавлений метал від окиснення. Проте в процесі зварювання активних відносно кисню металів, наприклад алюмінію, такий захист недостатній. Тому в таких випадках застосовують флюси: буру з борною кислотою тощо.

5. Способи газового зварювання. Основними з них є два – лівий і правий.

У разі лівого способу зварювання (рис. 87,а) полум'я 1 переміщується справа наліво і воно напрямлене на ще незаварені краї виробів.

У разі правого способу зварювання (рис. 87,6) полум'я 1 переміщується зліва направо. Полум'я спрямоване на готовий шов 2.

Лівий спосіб застосовують у проце­сі зварювання листів товщиною до 5 мм, а також виробів з легкоплавких мета­лів, для яких не потрібно нагромаджу­вати велику кількість теплоти у місці зварювання. Правий спосіб зварювання забезпечує глибоке проварювання мета­лу, тому його застосовують у процесі зварювання виробів товщиною понад 5 мм. У разі правого способу зварювання краще використовується теплота, а тому витрати ацетилену на 15-20% менші.